基于MOPITT数据的CO浓度时空分布规律研究

比较NOAA/CMDL本底观测站CO月均值序列和MOPITT卫星观测值时间序列,结果表明两者在时间变化规律上一致性较好。利用2000-2015年MOPITT观测的CO数据,展示了对流层CO浓度的空间分布和时间变化。中国地区MOPITTCO表面混合比与人口密度分布规律相似,呈现出东部高西部低的特征,其自然分界线与中国人口分界线——胡焕庸线相契合。中国大多数工业发达、人口密集的地区CO柱浓度在2000-2015年期间有一个温和的下降趋势,平均每年下降约3%。合成15 a的月平均值,显示中国CO柱浓度冬春季节较高,夏秋季节较低,峰值多在3、4月,谷值多在7月。但位于不同纬度地区CO柱浓度有着不同的季节变化规律,例如随着纬度的升高,春季到夏季的CO柱浓度下降幅度降低。造成CO浓度季节循环特征的原因是CO源和汇的季节变化规律以及与纬度相关的太阳辐射变化。     

内蒙古锡林郭勒盟景观尺度土壤保持功能的空间分布

景观作为理解和塑造人类社会与环境最具操作性的尺度,其土壤保持功能是实现景观可持续性的重要条件。在遥感和GIS技术的支持下,采用改进的通用土壤流失方程(RUSLE)对内蒙古锡林郭勒盟景观土壤保持功能的空间分布进行研究。研究表明,研究区土壤保持总量为1.699×10~9 t?a~(-1),单位面积土壤保持量为85.39 t?hm~(-2)?a~(-1);土壤中N、P、K元素保持量分别为9.25×10~6 t?a~(-1)、6.14×10~6 t?a~(-1)、3.41×10~7 t?a~(-1)。按一级景观估算,土壤保持能力从强到弱依次为林地耕地草地住宅用地未利用地水域;按二级景观估算,土壤保持能力以灌木林地为最高,其次分别为有林地、疏林地、丘陵旱地、平原旱地、高盖度草原、山地旱地、中盖度草原,最差的是盐碱地和裸岩石质地。不同景观的土壤保持功能随植被覆盖度的增加呈非线性增长趋势,当植被覆盖度小于50%时,单位面积土壤保持量随植被覆盖度增大而缓慢增加;当植被覆盖度大于50%时,土壤保持功能随植被覆盖度增大而显著增加。因地制宜地提高研究区的植被覆盖度,合理配置景观空间分布格局,有助于景观服务功能的发展,从而对区域生态安全和人类福祉做出更大贡献。     

秦巴集中连片特困区多维贫困度量及其空间格局

连片特困区贫困是特殊的区域性贫困,实现持久脱贫,关键在于识别和评估区域的贫困程度以及深究其致贫原因。基于此,通过构建经济维度硬现状、社会维度软现状及自然维度潜在状态3维的多维贫困度量指标体系,应用均方差权重法测算了2006、2010及2014年秦巴集中连片特困区及各子区域的多维贫困度,并分析了多维贫困及其各维度的时空演变规律。结果表明：（1）秦巴集中连片特困区多维贫困度得分偏高,表明该区域贫困程度较深,且多维贫困在不同贫困维度上呈现显著差异。（2）2006—2014年秦巴集中连片特困区多维贫困度都呈减弱趋势,且表现出以甘肃省徽县至湖北省房县为轴带的中部地区集聚的空间演变趋势。（3）在整体多维贫困显著改善的同时,不同连片扶贫区及不同的贫困维度在减贫路径上也体现出不同的演化特征。所得结论为该区域内县域尺度贫困类型特征识别以及扶贫工作前期评估以及后期验收成效等提供一定技术支持,也为后期实施因地制宜的脱贫措施提供科学的辅助决策支撑。     

华北地区大气细颗粒物(PM2.5)年际变化及其对土地利用/覆被变化的响应

大气细颗粒物(PM_(2.5))是大气污染的重要组成成分,对其影响因素进度探讨具有重要的意义.但目前来看,多数的研究都聚焦于PM_(2.5)与气象要素以及经济因素之间的关系,分析土地利用/覆被变化对PM_(2.5)影响的研究相对较少,需要进一步的深入探讨.基于PM_(2.5)空间分布数据及土地利用/覆被数据,对华北地区PM_(2.5)变化特征及土地利用/覆被变化特征进行了系统分析,并利用地理加权回归、GIS空间分析等手段探讨了PM_(2.5)变化与土地利用/覆被变化的响应关系,结果表明:①华北地区PM_(2.5)浓度整体呈现东南高、西北低的空间格局,且18a均保持这一态势没有变化.时间上来看,在2006年达到污染最大值,之后虽有波动但一直居高不下.多数城市PM_(2.5)浓度超标,整体环境污染形势严峻;②2000～2015年研究区土地利用类型/覆被以耕地、林地和草地为主,土地利用/覆被变化趋势主要表现为耕地的大量减少以及建设用地的持续增加,水域和未利用地面积略有减少,林地和草地转入转出面积接近,因而总量变化不大;③地理加权回归模型计算结果表明,Local R~2(衡量局部拟合度)较低的区域为土地利用/覆被未发生变化的区域,而在土地利用/覆被变化明显的区域,Local R~2较高,说明PM_(2.5)变化对土地利用/覆被变化有着显著的响应作用;④对于不同土地利用/覆被状况而言,PM_(2.5)分布特征表现出建设用地耕地水域草地林地未利用地的趋势.对于不同土地利用/覆被转换方式而言,当自然用地向人工用地转换时PM_(2.5)浓度上升,而人工用地向自然用地转变时PM_(2.5)浓度降低.     

滇池水中细菌和古菌氮代谢功能基因的空间分布

氮代谢在滇池水生态系统氮素循环和转化过程中起到重要的作用,不仅真核生物参与氮素转化,原核生物作为氮素循环的主要驱动者,在氮素生物化学循环中的作用更不容忽视.基于16S rDNA高通量测序技术,监测滇池草海和外海区域13个点位,分析滇池水中原核生物氮循环功能关键基因的分布特征.结果发现,滇池水中细菌35门, 427属,主要以变形菌门和拟杆菌门为优势门类;古菌14门, 61属,主要以广古菌门为优势门类;β多样性指数显示滇池整体细菌丰富度指数高于古菌,草海细菌多样性指数高于外海.PICRUSt功能解析表明细菌和古菌具有功能上的丰富性,细菌中有35个参与氮代谢的KO通路,涉及氮异化硝酸盐还原基因nirB、一氧化氮还原酶基因norB和硝酸还原酶基因nasK等关键基因;古菌中有23个参与氮代谢的KO通路,涉及固氮酶基因nifH、nifK和nifD,古菌固氮酶基因拷贝数显著高于其它氮代谢基因,草海中古菌氮代谢能力整体高于外海,滇池水中古菌比细菌固氮潜能更大.本研究从原核生物氮循环中功能基因的角度,探讨滇池不同区域水中细菌和古菌氮循环差异,为进一步揭示氮循环机制,解决氮素污染引起的富营养化提供理论参考.     

我国典型露地蔬菜生产中的温室气体排放

基于国家农业统计数据,以露地番茄、黄瓜、大白菜和萝卜为研究对象,应用生命周期评价(life cycle assessment,LCA)方法,定量化我国4种典型露地蔬菜生产中的净温室气体排放(net greenhouse gas emission,NGHGE),并比较蔬菜种类间、省域间净温室气体排放差异和分析减排措施.结果表明:我国典型露地蔬菜生产系统温室气体排放量远高于其带来的碳固定量,是净温室气体排放系统,生产单位面积露地番茄、黄瓜、大白菜和萝卜净温室气体排放(以CO_2-eq计)分别为4 149、 3 718、 3 780和2 427 kg·hm~(-2),不同种类露地蔬菜净温室气体排放差异大;我国典型露地蔬菜净温室气体排放空间差异大,其中,海南、云南、陕西和山东等省份番茄、黄瓜、大白菜和萝卜净温室气体排放高;肥料生产运输和施用是露地蔬菜温室气体排放的主要贡献因子,贡献率为86.8%～90.8%,因此改善肥料生产工艺降低肥料生产运输过程中的温室气体排放和根据露地蔬菜种类及种植地区优化肥料施用量是实现我国露地蔬菜可持续发展的重要措施.     

基于机器学习和卫星遥感的PM2.5/10 空间连续分布反演方法研究

在过去的几十年里,快速的经济发展以及工业化、城镇化进程加速使得中国的资源环境承担的压力不断加大。作为影响空气质量的首要污染物,PM_2.5和PM₁₀（记为PM_2.5/10）直接影响着广大人民群众的身体健康。因此,针对PM_2.5/10浓度进行遥感反演研究,对环境监测和控制改善全国空气环境质量具有重要的意义。近些年来,随着对近地面PM_2.5/10浓度研究的不断深入,基于遥感影像数据进行PM_2.5/10浓度的反演方法也日益增多。本文利用Google Earth engine（GEE）平台获取了海量的Landsat 8 OLI遥感影像数据,并结合气象信息、空间特征等参数,采用机器学习中常用的多层映射反向传播神经网络构建了波段反射率与PM_2.5/10浓度之间的反演模型,以获得PM_2.5/10在研究区域的连续分布。为了提高基础PM_2.5/10反演模型的反演精度,还从影响因素和前溯时间两个维度出发,探寻了模型的最优化输入参数组合,并最终实现了对PM_2.5/10浓度的精准反演。以北京市地区为例,模型的PM_2.5和PM₁₀的反演精度R²分别达到0.814和0.796,均方根误差RMSE分别为19.21 μg?m^?3和28.31 μg?m^?3。鉴于该反演结果具有较高的准确性和可靠性,本文所建立的方法模型为研究PM_2.5/10在空间上的连续分布特征提供了新的思路和方法,具有较为重要的科研意义与广泛的应用价值。     

成都西南城郊黑碳和PM2.5 浓度变化特征及其影响因子

四川盆地是我国灰霾和大气污染易发和频发区之一,目前关于本地区黑碳气溶胶（black carbon,BC）的相关研究较少。利用2017年11月—2018年12月成都西南城郊地区黑碳气溶胶以及PM_2.5观测资料,结合气象资料和其他污染物浓度资料,分析BC和PM_2.5浓度,BC浓度在PM_2.5浓度中所占比例（黑碳占比）的季节、月、日变化特征及其影响因子。结果表明：（1）BC逐小时浓度范围为0.18—40.51 μg?m^?3,平均值为(5.26±4.68) μg?m^?3,本底浓度为3.34 μg?m^?3。PM_2.5逐小时浓度范围为1.00—344.50 μg?m^?3,平均值为(60.02±46.91) μg?m^?3,本底浓度为33.38 μg?m^?3。日变化均呈“白天低,早晨、夜间高”的变化特征,其中冬季浓度最高,春、秋季次之,夏季浓度最低。（2）黑碳占比均值为9.16%±5.13%,白天黑碳占比低,夜间黑碳占比高,且夏季最高,冬季最低。随着空气污染加重,冬季占比缓慢增加,其他三季占比减小。（3）BC与NO₂和CO相关性较好,表明西南城郊BC排放主要受机动车尾气、生物质燃烧影响。BC和SO₂相关系数偏小,燃煤等工业源排放对西南城郊BC的贡献较小。（4）风速、温度和湿度与BC浓度均有很好的相关性,其中风速对BC浓度的影响最大,当风速小于2.0 m?s^?1时,BC浓度值明显偏高;BC浓度大于20.00 μg?m^?3的高值区主要集中在西北、西南以及东北风向上,即：偏东北方向市中心大气中的污染物,以及西南方向远郊地区的污染物可能对西南城郊高浓度黑碳的贡献更大。     

1615—1619年中国蝗灾时空演化及环境背景研究

基于对历史文献资料的梳理,针对1615—1619年我国发生的重大旱、蝗、涝等群发灾害,以蝗灾为主线,复原蝗灾事件的时空演化过程,解析其发生的气候背景和社会响应。结果表明：（1）蝗灾事件呈现五年的发生发展衰亡周期,县次波动明显,1616和1617年为峰值年份;（2）蝗灾以中、高等级发生为主,核心区域为黄淮海平原,热点地区为山东、河南、安徽等;空间上呈现“北密南疏”、“北方主导”的分布格局;（3）蝗与旱、涝的空间叠加显示,旱-蝗组合集中分布于黄淮海平原及其毗邻地区,涝-蝗组合则呈零星分布,旱蝗并发的频次高于涝蝗,旱蝗关系更紧密;（4）蝗灾频发与大发伴生饥荒、疫灾,体现了灾异的时空传递与承继,且次生灾害的出现存在滞后效应;（5）在寒冷期,蝗灾与温度呈现正相关,与降水呈现负相关。     

济南市夏、冬季PM2.5中化学组分的季节变化特征及来源解析

为探究济南市大气气溶胶中化学组分的季节变化特征,于2015年夏季、冬季分别连续进行1个月的PM_(2.5)样品采集,并分析无机离子、碳质组分与水溶性二次有机碳(WSOC)的组成、浓度水平及来源.结果表明,济南市冬季PM_(2.5)的质量浓度[(158.3±95.3)μg·m~(-3)]约为夏季[(75.3±25.9)μg·m~(-3)]的2倍,在我国其浓度处于中上等水平.无机离子的总浓度呈夏低冬高的季节变化特征,其中SO_4~(2-)、NO_3~-、NH_4~+是浓度最高的3种离子,且这3种离子的相关性均较好,NH_4~+在夏季和冬季均以(NH_4)_2SO_4和NH_4NO_3的形式存在.大气中存在较高程度的SO_2和NO_2的二次氧化,其中硫氧化率(SOR)呈夏高冬低的变化特征,而氮氧化率(NOR)呈相反的季节变化特征.通过分析PM_(2.5)中阴、阳离子电荷平衡可知,PM_(2.5)呈弱碱性.基于热力学模型ISORROPIA-Ⅱ,结果表明冬季PM_(2.5)的酸性比夏季强.OC与EC浓度均呈夏低冬高的变化特征,由OC/EC的比值、WSOC/OC的比值和估算的二次有机碳(SOC)的浓度可知,夏季二次污染的程度比冬季更为严重.主成分分析(PCA)结果表明,济南市夏季无机离子主要来自二次氧化及生物质燃烧,而冬季无机离子主要来自煤炭燃烧及其产生的前体物经光化学氧化形成的二次污染物.